Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 74 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Таким образом, имплантация Al в Ti привела к об- разованию упрочняющих фаз, таких как β -Ti, TiAl 3 , Ti 3 Al, TiC и TiO 2 , суммарное количество которых в области I составило ~5 % от объема материала, а в об- ласти II − ~10 %. Это хорошо согласуется с данными элементного анализа, представленными на рис. 1, а . Исследования дефектной структуры и внутренних напряжений титановых материалов показали, что во всем имплантированном слое в зернах α -Тi присут- ствуют дислокации. Дислокационная структура − в основном сетчатая (рис. 2, в ). Скалярная плотность дислокаций ( ρ ) − относительно высокая: в области I среднее значение ρ составляет величину 8,5 ⋅ 10 14 м -2 , в области II − несколько меньше (7,0 ⋅ 10 14 м -2 ). Сформи- рованная дислокационная структура создает внутрен- ние напряжения (напряжения сдвига), которые опре- деляются по формуле , m G b σ = α ρ где m – фактор Шмида; α – варьирует в пределах 0,05…1,0 в зави- симости от типа дислокационного ансамбля; G = = 41 ГПа − модуль сдвига; b = 3,46 ⋅ 10 -10 м – вектор Бюргерса; ρ − скалярная плотность дислокаций. Ам- плитуда внутренних напряжений в области I оказалась равной 410 МПа, в зоне II − 375 МПа, т.е. по мере уда- ления от облученной поверхности величина скаляр- ной плотности дислокаций и амплитуда внутренних напряжений уменьшаются. Заключение Проведены исследования структурно-фазового состояния титана в ультрамелкозернистом состоя- нии (средний размер зерна 0,3 мкм) до и после им- плантации ионами алюминия. Установлено, что в ре- зультате облучения титана образуются полифазные имплантированные слои на основе зерен α -титана. Установлено, что фазы TiAl 3 , β -Ti, TiC и TiO 2 фор- мируются по всей глубине имплантированного слоя. Их места локализации, форма и размер фаз изменя- ются по глубине ионно-легированного слоя. Упоря- доченная фаза Ti 3 Al присутствует только на глубине более 250 нм поверхностного слоя по границам зе- рен α -титана. Установлено, что ионная имплантация приводит к увеличению дефектности материала, и по мере удаления от облученной поверхности внутрен- ние напряжения в материале уменьшаются. Авторы выражают благодарность Ерошенко А.Ю., Шаркееву Ю.П., Никоненко Е.Л., Калашнико- ву М.П., Оксу Е.М., Савкину К.П. и Юшкову Г.К. за помощь в получении титановых образцов, в проведе- нии экспериментов. Список литературы 1. Козлов Э.В., Конева Н.А., Попова Н.А . Зеренная структура, геометрически необходимые дислокации и ча- стицы вторых фаз в поликристаллах микро- и мезоуров- ня // Физическая мезомеханика. – 2009. – Т. 12. – № 4. – С. 93-106. 2. Кайбышев О.А. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов / О.А. Кайбышев, Ф.З. Утяшев. – М.: Наука, 2002. – 438 с. 3. Шаркеев Ю.П., Ерошенко А.Ю., Братчиков А.Д. и др. Структура и механические свойства наноструктурно- го титана после дорекристаллизационных отжигов // Фи- зическая мезомеханика. – 2005. – № 8 (спец. выпуск). – С. 91–94. 4. Ерошенко А.Ю., ШаркеевЮ.П., Толмачев А.И . и др. Структура и свойства объемного ультрамелкозернистого титана, полученного abc -прессованием и прокаткой // Перспективные материалы. – 2009. – № 7. – С. 107–112. 5. Курзина И.А. Наноразмерные интерметаллидные фазы, формирующиеся в условиях ионной импланта- ции // Материаловедение. – 2010. – № 2. – С. 49–64. 6. Диаграммы состояния двойных металлических систем / под ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1996. – Т. 1–3. Influence of the doping of aluminium atoms on the structural state, phase composition and corrosion properties of the titanium in ultrafine state. Part 1. Elemental composition and a structural-phase state Е.B. Firhova, N.A. Popova, G.V. Lyamina, M. Daulet, A.I. Smirnov , I.A. Kurzina The results of the microstructure and phase composition investigations of titanium after the Al ions implantation using Mevva – V.RU source are presented. It was established the formation of the implanted layers with multiphase composition on base of the α -Ti grains. The size and place of localization of the formed secondary phases ( β -Ti, Ti 3 Al, Al 3 Ti, TiO 2 and TiC) were established. It was observed, that the nanostructural particles of TiO 2 and TiС phases mainly located on the dislocation in the body of target grains of α -titanium. It was established that the ordered phase Ti 3 Al located near the depth more than 200 nm of implanted layer on the borders of the titanium target grains. Dislocation structures of implanted materials were investigated. Ion implantation leaded to improved mechanical and corrosion properties. Key words: ion implantation, titanium in ultrafine state, microstructure, corrosion.